Question

20．在“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓和電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，有如下器材：電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、兩節(jié)干電池、定值電阻R（分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、導(dǎo)線若干，小歐在實(shí)驗(yàn)時(shí)連接的電路如圖1所示．

（1）在探究“電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：
①閉合開關(guān)前，要將滑動(dòng)變阻器滑片移至A（填“A”或“B”）端；電路中滑動(dòng)變阻器起到保護(hù)電路元件安全和改變電阻兩端電壓，進(jìn)行多次測(cè)量的作用；
②閉合開關(guān)S，無(wú)論如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)約為3V，此時(shí)，電路出現(xiàn)的故障可能是R處斷路；
小歐排除故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．
（2）在探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：
①小歐先將R﹦10Ω的電阻接入，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V，記下電流表示數(shù)；接著在滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，把R換為15Ω的電阻時(shí)，應(yīng)向A（填“A”或“B”）方向移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，這樣移動(dòng)滑片的目的是使電壓表示數(shù)為2.5V；
②若要使所給的5個(gè)定值電阻分別接入電路中都能正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取至少標(biāo)有5Ω的滑動(dòng)變阻器；
③根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)描繪出電流隨電阻變化的曲線如圖2所示，小歐由圖象得出的結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（3）該實(shí)驗(yàn)采用的研究方法是控制變量法．

Answer 1

分析 （1）①連接電路時(shí)，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片要位于最大阻值處；滑動(dòng)變阻器的作用主要是保護(hù)電路和改變被測(cè)電阻兩端的電壓；
②電流表的示數(shù)為零，電壓表示數(shù)接近電源電源，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的電路發(fā)生斷路，電壓表與其它電路元件串聯(lián)接入電路；
（2）①探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻兩端的電壓保持不變，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)分析；
②根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，在選取定值電阻的阻值最大時(shí)，滑動(dòng)變阻器阻值接入電路中的阻值應(yīng)最大，據(jù)此計(jì)算出選取滑動(dòng)變阻器的阻值；
③根據(jù)圖象可知：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（3）探究電流與電壓、電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)，應(yīng)采用控制變量法．

解答 解：（1）在探究“電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：
①閉合開關(guān)前，要將滑動(dòng)變阻器滑片移至A端；電路中滑動(dòng)變阻器起到保護(hù)電路元件安全和改變電阻兩端電壓，進(jìn)行多次測(cè)量的作用；
②閉合開關(guān)S，無(wú)論如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)約為3V，此時(shí)，電路出現(xiàn)的故障可能是R處斷路；
無(wú)論如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表、電流表均有示數(shù)，但都不改變，說(shuō)明滑動(dòng)變阻器不起作用，可能是滑動(dòng)變阻器短路或同時(shí)接了下面兩個(gè)接線柱，還可能是同時(shí)接了上面兩個(gè)接線柱．
（2）在探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：
①小明先將R=10Ω的電阻接入，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V，記下電流表示數(shù)；接著在滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，把R換為15Ω的電阻時(shí)，應(yīng)向A方向移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，才能使電壓表示數(shù)為2.5V，同時(shí)記下電流表的示數(shù)；
②由圖示電路圖可知，電源電壓為1.5V×2=3V，由圖示圖象可知，電阻兩端電壓為U=0.5A×5Ω=2.5V，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：U_滑=U-U_R=3V-2.5V=0.5V，由串聯(lián)電路電流I處處相等，定值電阻與滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值之比：$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{\frac{U}{I}}{\frac{{U}_{滑}}{I}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{2.5V}{0.5V}$=$\frac{5}{1}$，則R_滑=$\frac{1}{5}$R，即：定值電阻阻值是滑動(dòng)變阻器接入電路阻值的5倍，
使所給的5個(gè)定值電阻“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω”分別接入電路中都能正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)定值電阻為25Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大，為：R_滑最大=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×25Ω=5Ω，若要使所給的5個(gè)定值電阻分別接入電路中都能正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，滑動(dòng)變阻器最大阻值至少為5Ω，則應(yīng)該選取至少標(biāo)有5Ω的滑動(dòng)變阻器；
③根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)描繪出電流隨電阻變化的曲線如圖2所示，小明由圖象得出的結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（3）研究電流與電壓電阻的關(guān)系，要用到控制變量法．它是科學(xué)探究中的重要思想方法，控制變量法是初中物理中常用的探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法之一．
故答案為：（1）①A；改變電阻兩端電壓，進(jìn)行多次測(cè)量；R處斷路；（2）A；使電壓表示數(shù)為2.5V；5；③電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；（3）控制變量法．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)分析，探究電流與電壓、電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)，要采用控制變量法，應(yīng)用控制變量法分析即可正確解題．